畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

PAGE雨辰教育自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)專業(yè)：自動(dòng)化（數(shù)控技術(shù)應(yīng)用）班級(jí)：學(xué)生姓名：1334095854QQ指導(dǎo)教師：雨辰教育起迄日期：設(shè)計(jì)地點(diǎn)：_PAGEGraduationDesign(Thesis)HardwareDesignofEconomicNCDrillingMachineByHuangLigangSupervisedbyAssociateProf.HuamaofaDepartmentofAutomationEngineeringNanjingInstituteofTechnology南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2.6.1八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路…………..142.6.2十六段數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路………..212.7輸入/輸出信號(hào)接口電路設(shè)計(jì) 222.8步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出接口電路設(shè)計(jì) 252.9譯碼電路設(shè)計(jì)……………...25第三章控制系統(tǒng)電路原理圖以及PCB圖的繪制 273.1電路原理的圖繪制 273.2PCB圖的繪制 28第四章結(jié)論 304.1論文總結(jié) 304.2感想 30致謝 32參考文獻(xiàn) 33附錄A：英文資料………………….…………..….34附錄B：英文資料翻譯………..…..41附錄C：硬件設(shè)計(jì)PCB圖…………48附錄D：硬件設(shè)計(jì)原理圖及光盤 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE41第一章緒論1.1引言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。

目前我國(guó)機(jī)床總擁有量約為400萬臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床只有8萬多臺(tái)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國(guó)、日本、德國(guó)、韓國(guó)等制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)床數(shù)控化率20％以上的水平。主要表現(xiàn)在設(shè)備老化陳舊、自動(dòng)化水平低、技術(shù)水平落后、勞動(dòng)生產(chǎn)率低，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)力的發(fā)展。采用先進(jìn)的工藝設(shè)備，逐步增加數(shù)控機(jī)床所占比重，已經(jīng)成為我國(guó)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)，也是企業(yè)走出困境、提升水平，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的必由之路。提高機(jī)床數(shù)控化率有兩個(gè)途徑：（1）．購(gòu)買新的數(shù)控機(jī)床；（2）．把普通型的舊機(jī)床改造成數(shù)控機(jī)床。目前我國(guó)的普通鉆床仍占很大比重，所以才會(huì)出現(xiàn)上述的大量求購(gòu)意向，而且還有的小型企業(yè)不愿廢棄原有的普通鉆床，想要在已有的普通鉆床基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控改造，這都需要開發(fā)適合普通機(jī)床改造的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。1.2選題背景與意義2.3控制系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì)當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在RST(9腳引腳)上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位電路可分為系統(tǒng)上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，如圖2.2所示，系統(tǒng)上電瞬間電容C1和C4充電，與非門的兩個(gè)輸入端為低電平，輸出高電平使系統(tǒng)復(fù)位。按下“復(fù)位”按鈕與“急?！卑粹o都可使系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)按下復(fù)位按紐時(shí)，與非門“2”號(hào)引腳經(jīng)電阻分壓所得低電平，使單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)急停鍵沒按下時(shí)，此端管腳處于高電平，即與非門的一個(gè)管腳“1”為高電平，此時(shí)若連接與非門的另一個(gè)管腳的復(fù)位按鈕沒按下，則“2”號(hào)引腳也為高電平，兩個(gè)高電平與非所得低電平，8031不復(fù)位。若按下急停鍵，與之連接的二極管導(dǎo)通，“1”號(hào)引腳為低電平，此時(shí)無論復(fù)位按鈕有沒有按下，與非門的輸出端為高電平，使8031復(fù)位，同時(shí)INTO的輸入端口為低電平，向CPU申請(qǐng)中斷。2.圖2.2控制系統(tǒng)復(fù)位電路圖2.4存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)一分壓電路，見下圖2.4。兩個(gè)電阻R1和R2的阻值分別為5.1K和10K，經(jīng)計(jì)算CS端口分壓所得電壓約為3.3V。又因?yàn)?264是隨機(jī)存儲(chǔ)器，所以如果不外接電源，系統(tǒng)一但掉電，其中的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失，為了保存其中有用的數(shù)據(jù)，本模塊還設(shè)計(jì)了掉電保護(hù)電路。如圖2.5所示，當(dāng)系統(tǒng)沒有掉電時(shí)，上面的二極管導(dǎo)通，由于干電池的電壓小于5V，所以下面的二極管截止，6264由系統(tǒng)供電。當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，下面的二極管導(dǎo)通，6264由干電池供電。CS2 圖2.1674LS273地址選擇圖由上表2.9和圖2.16可知，當(dāng)A0~A15為0010,0100,0000,0000B即2400H時(shí)（沒有用到的地址線都為0），且寫信號(hào)由低向高跳變時(shí)，“11”號(hào)引腳出現(xiàn)上升沿，觸發(fā)數(shù)據(jù)由D端送入Q端。時(shí)序如圖2.17所示。地址數(shù)據(jù)寫信號(hào)圖2.17時(shí)序波形圖由圖2.16可以看出，74LS273的時(shí)鐘信號(hào)接89C2051的中斷請(qǐng)求信號(hào)口P3.2。如圖2.17所示，當(dāng)?shù)刂沸盘?hào)與寫信號(hào)同時(shí)為低電平時(shí)（此時(shí)時(shí)鐘信號(hào)處于上升沿之前）中斷請(qǐng)求信號(hào)有效，89C2051進(jìn)入中斷程序，為接收數(shù)據(jù)作好準(zhǔn)備。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)上升沿到來時(shí)，數(shù)據(jù)由74LS273引入，89C2051正確接收數(shù)據(jù)，并存貯。2.6.2十六段數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路4制作I/O端口由于本設(shè)計(jì)課題涉及多個(gè)模塊，而每個(gè)模塊中又有多個(gè)電路相連接。所以必須對(duì)I/O端口連接十分熟悉。通常一個(gè)電路與另一個(gè)電路連接在一起，有三種方法：1）通過導(dǎo)線連接。2）通過設(shè)置相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連接。3）通過制作相同名稱的輸入/輸出（I/O）端口連接。在Protel99SE中，具有相同的I/O端口的電路被視為同一網(wǎng)絡(luò)，即在電氣關(guān)系上認(rèn)為它們是連接在一起的。而我認(rèn)為第二種方法比較適用于數(shù)控鉆床的原理圖繪制。因?yàn)槭褂么朔椒ㄔ韴D看起來更加簡(jiǎn)潔。3.2PCB圖的繪制當(dāng)原理圖準(zhǔn)確無誤時(shí)可以生成網(wǎng)絡(luò)表，然后導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表就可生成PCB圖。簡(jiǎn)單的說，PCB是一個(gè)載體，是用于焊接實(shí)際電子元件、具有電氣特性的板子。由于單層板不易布線，特別是在本設(shè)計(jì)電路中，如果用單層板來布線，它的弊端將更加明顯。所以我選擇用雙層板來布線。在生成網(wǎng)絡(luò)表時(shí)發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)元件沒有封裝形式，比如在原理圖自己建庫(kù)的LED數(shù)碼管，所以必須通過手動(dòng)的方式創(chuàng)建一個(gè)封裝文件，以便在PCB編輯器中調(diào)用。其基本步驟如下：1）在14.ddb設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，選擇“File→New”命令，打開“NEWDocument”對(duì)話框。在其中雙擊“PCBLibraryDocument”文件類型圖標(biāo)，便新建一個(gè)PCB封裝文件。在雙擊該庫(kù)文件即打開PCB庫(kù)編輯器。2）單擊庫(kù)編輯器左側(cè)管理面板上的[Rename]按鈕，在打開的對(duì)話框中為新建的元件封裝輸入一個(gè)封裝名，如輸入“數(shù)碼管”3）單擊[OK]按鈕，則當(dāng)前編輯元件封裝名為“數(shù)碼管”。4）在工作平面上單擊“TopOverlay”工作層標(biāo)簽，使其成為當(dāng)前工作層。然后單擊“PCBLibPlacementTools”工具欄上的按鈕開始畫直線。5）在需要轉(zhuǎn)折的地方按〈Shift+Space>鍵，將連線的方向變?yōu)槿我夥较颉?）在轉(zhuǎn)角處單擊鼠標(biāo)左鍵確認(rèn)一段直線的繪制完成后，繼續(xù)繪制其他直線。7）單擊放置焊盤按鈕執(zhí)行放置焊盤操作，此時(shí)十字光標(biāo)上帶有一個(gè)焊盤。第四章論文總結(jié)4.1論文總結(jié)1、主要工作及結(jié)論在這三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我完成了數(shù)控鉆床硬件電路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)過程可分為五個(gè)階段，他們分別是：（1）可行性分析（2）總體方案的確定（3）分模塊地設(shè)計(jì)各功能電路（4）總電路圖的繪制（5）印制電路板的生成。各階段具體工作如下：在設(shè)計(jì)課題選擇之前，我對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性及市場(chǎng)價(jià)值作了充分的市場(chǎng)調(diào)查，其中包括去大型的國(guó)營(yíng)企業(yè)“南京浦鎮(zhèn)車輛廠”參觀、調(diào)研。發(fā)現(xiàn)該廠的絕大多數(shù)鉆床都是普通鉆床，而普鉆的弊端也日益顯露，如工人的勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較高，效率較低，精度達(dá)不到要求等。這就為普通鉆床的數(shù)控改造提供了一個(gè)很好的前提。經(jīng)過各方面考慮，我選擇了用8031單片機(jī)為核心芯片，開發(fā)數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)，從CPU我選擇了89C2051。存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片我選擇27256ROM和6264RAM，鍵盤擴(kuò)展我選用了8155和8031的P1口，步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出我選擇74LS273。七個(gè)模塊可實(shí)現(xiàn)的功能分別為：（1）主CPU模塊以8031作為主CPU，P1口用于手動(dòng)鍵盤的輸入端，分別控制，X軸、Y軸、Z軸以及起動(dòng)、停止、超程報(bào)警。急停和復(fù)位分別接與非門的兩個(gè)輸入端，輸出端接8031的RESET。（2）存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路模塊選用2725632KB程序存儲(chǔ)器對(duì)8031進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展。選用62648KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展。（3）鍵盤擴(kuò)展電路模塊它分為兩部分，分別是8155矩陣鍵盤擴(kuò)展電路和8031P1口手動(dòng)鍵盤擴(kuò)展電路。實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話。（4）顯示電路模塊分為動(dòng)態(tài)顯示電路和靜態(tài)顯示電路。四排動(dòng)態(tài)顯示是由89C2051來控制的，它用來顯示數(shù)字字符。十六位靜態(tài)顯示是由8031主CPU控制的，它用來顯示英文字符。（5）輸入輸出接口電路擴(kuò)展模塊它分為8255擴(kuò)展電路和8155I/O信號(hào)接口電路。8255的PA口作為MDI（自動(dòng)運(yùn)行、空運(yùn)行、回零、編輯、手動(dòng)）方式的輸入端，PB口和PC口用于CPU與外部信號(hào)的收發(fā)。8155的PB口用于CPU與外部信號(hào)的聯(lián)絡(luò)。4.2感想通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì),我從中學(xué)到了很多真正的工程知識(shí),培養(yǎng)了工程意識(shí)。我感到它把我大學(xué)四年中學(xué)習(xí)到的零散的專業(yè)知識(shí)拼湊成了一個(gè)整體,融入到了本課題中。還使我深刻地體會(huì)到了，想要較好地完成一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，成為一名工程本畢業(yè)設(shè)計(jì)包含了論文文檔和CAD圖紙；畢業(yè)設(shè)計(jì)文檔使用Word2003撰寫；圖紙類型AutoCAD2010.dwg。完整圖紙和論文請(qǐng)聯(lián)系雨辰教育。QQ:1334095854TEL重要的一點(diǎn)就是，對(duì)于一名剛開始進(jìn)入設(shè)計(jì)領(lǐng)域的入門者而言，一定要有一位知識(shí)淵博，有責(zé)任心的導(dǎo)師給予設(shè)計(jì)者精心的指導(dǎo)。而我無疑是幸運(yùn)的，我的導(dǎo)師華茂發(fā)教授，在我們完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的三個(gè)月中，對(duì)我們一組的每個(gè)學(xué)生都給予盡心盡力的指導(dǎo)：逐個(gè)元件地分析原理，逐字逐句的修改論文。在這里我想衷心地對(duì)華老師道一句：“華老師，您辛苦了！”致謝本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)工作是在我的導(dǎo)師華茂發(fā)教授的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，在我的學(xué)業(yè)和設(shè)計(jì)工作中無不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受的啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文撰寫過程中，姚保華、鞠磊、王俊杰、單偉等提出了有建設(shè)性的意見和建議，在此，向他們表示深深的感謝。在多年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了許多學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、系領(lǐng)導(dǎo)和老師的熱情關(guān)心和幫助。我也要感謝我的父母和親人，他們?cè)谖业膶W(xué)業(yè)中給了我莫大的鼓勵(lì)、關(guān)愛和支持。最后，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱我的論文和參加答辯的各位老師！參考文獻(xiàn)1.王新賢.通用集成電路速查手冊(cè).山東：山東科學(xué)技術(shù)出版社.2002年.2.何立民.MCS—51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1990年1月.3.竇振中.單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè)輸出通道器件分冊(cè).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2003年.4.王福瑞.單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1999年.5.葉佩青.MCX314運(yùn)動(dòng)控制芯片與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2003年.6.李朝青.單片